Исследователь из Гарварда, основатель Интернет-канала Real Scientists специально для читателей «КП» рассказывает о сложных вещах понятно и образно, в этот раз — про новое открытие о том, зачем нам нужно половое размножение
ДОСЬЕ «КП»
Читайте также:
Алекс Тышковский – эксперт по биомедицинским технологиям, научный сотрудник лаборатории исследований старения в Гарвардской медицинской школе и МГУ, кандидат биологических наук, основатель и ведущий Интернет-канала «Real Scientists» (Реальные ученые).
АЛЬТЕРНАТИВЫ В ПРИРОДЕ: ПОЧКОВАНИЕ, ОТРОСТКИ, СПАРИВАНИЕ
Вы когда-нибудь задумывались о том, зачем нам секс? «Простой вопрос», – скажете вы: «Для удовольствия. Для продолжения рода». Все так, но почему именно секс, именно половое размножение? Ведь живые организмы могут воспроизводиться и другими, более простыми способами. Например, почкованием, как это делают гидры, или вегетативно, как растения. Представьте: выпадает у вас волос, а через пару дней из него уже прорастает ваша маленькая копия. Может быть, не так приятно и романтично, но зато куда менее затратно с точки зрения биологии. К тому же, не нужно тратить время и силы на поиски второй половинки. А мужская половина человечества не будет лишена возможности давать потомство – никакой половой дискриминации.
Почему же эволюция пошла по пути сексизма и разделила нас на два пола? Ответ не так уж прост. И до сих пор эволюционные биологи предлагают на этот счет новые теории. Так, несколько дней назад в журнале PLOS Biology ученые представили новую гипотезу, в которой преимущество полового размножения было связано с главной болезнью XXI века – раком.
КАК УСКОРИТЬ ЭВОЛЮЦИЮ
Но вначале обсудим, какие теории уже существуют в научном сообществе. Традиционно пользу секса связывают с более высокой скоростью закрепления полезных признаков. Из поколения в поколение наша генетическая информация подвергается изменениям – мутациям. Если мутация дает организму преимущество, то он оставляет больше потомства, и эта мутация сможет сохраниться в будущих поколениях. Если же она оказывается вредной, то организм погибает, а вместе с ним – и все надежды мутации на закрепление.
Однако, возникновение мутаций – дело небыстрое. И редкое, особенно если речь идет о полезных. А теперь представьте, что, например, у какой-нибудь древней рыбы появилась гипотетическая мутация, подарившая ей ноги. В это же время у другой рыбы появилась другая абстрактная мутация, давшая ей легкие, то есть возможность дышать кислородом из воздуха. Вместе эти мутации позволили бы рыбам выйти на сушу и освоить новую, незанятую на тот момент, нишу. Однако, если бы рыбы размножались только бесполым путем, то потомки каждой из них получили бы лишь по одной мутации, и вторую им пришлось бы «добирать» самим. В то же время, в результате полового размножения потомство этих двух рыб сможет получить обе мутации разом. Пусть каждая из них и появилась независимо в разных организмах. Благодаря такому перемешиванию генетической информации половое размножение повышает разнообразие потомства и, таким образом, ускоряет эволюцию.
ИЗБАВИТЬСЯ ОТ «ГЕНЕТИЧЕСКОГО ШУМА»
Но комбинирование полезных признаков – не единственное преимущество полового размножения. Помимо этого оно позволяет потомству отделять зерна от плевел. Другими словами, фиксировать только полезные мутации, отбраковывая вредные. Представим, что в материнской ДНК возникли сразу две мутации: одна полезная и одна вредная. При бесполом размножении потомок неизбежно получит обе родительские мутации. И все его потомство также будет нести это бремя. А значит, либо обе эти мутации закрепятся в популяции, либо обе исчезнут вместе с ее обладателями. В то же время, в ходе полового размножения ребенок получит лишь половину генетического материала родителя. А значит, сможет появиться потомок, который унаследует лишь одну, полезную, мутацию. Без ненужного генетического «шума».
Впрочем, чтобы дать половому размножению проявить все его плюсы, родители потомка должны быть далеки друг от друга в генетическом смысле. Другими словами, не быть близкими родственниками. В противном случае, перемешивание генов, напротив, может обернуться большой угрозой для здоровья ребенка.
ПОЧЕМУ ПОГИБЛА ДИНАСТИЯ ГАБСБУРГОВ
Не секрет, что многие королевские династии злоупотребляли близкородственными браками – инбридингом. Например, считается, что именно это стало причиной гибели испанской династии Габсбургов. Но мало кто знает, что вредный эффект инбридинга предсказал еще основоположник современной теории эволюции Чарльз Дарвин. Впрочем, еще меньше людей знает, что сам Чарльз стал жертвой описанного им эффекта. Дело в том, что известный ученый был женат на своей двоюродной сестре, Эмме. Да и вообще, в генеалогическом дереве Дарвиных близкородственные скрещивания были вполне обычным делом. В результате, среди 10 детей великого ученого трое не смогли завести детей. А еще трое и вовсе не дожили даже до 10 лет. Кстати, согласно исследованиям, именно неспособность к зачатию и восприимчивость к инфекционным заболеваниям, от которых погибли двое детей Дарвина, относятся к частым рискам, связанным с инцестами.
С учетом таких жирных плюсов совсем неудивительно, что подавляющее большинство растений, грибов и животных практикуют половое размножение. Впрочем, есть и исключения. Например, микроскопические водные животные – бделлоидные коловратки. Эти создания уже десятки миллионов лет обходятся без секса (больше только Вассерман). Но как же они ускоряют свою эволюцию? Оказывается, для этого коловратки используют совершенно другой механизм. В тяжелые времена они могут включать в свою ДНК гены других организмов: растений, грибов и даже бактерий. То, чего так боятся противники ГМО, помогало коловраткам выживать на протяжении многих миллионов лет. Впрочем, у других многоклеточных организмов такой механизм встречается крайне редко. Поглощению чужих генов они предпочитают секс.
КОГДА РАК МОЖЕТ ПЕРЕДАВАТЬСЯ КАК ИНФЕКЦИЯ
Но если растения и грибы ловко переключаются с полового размножения на бесполое, то большинство многоклеточных животных, включая нас, напрочь отказываются от второго способа. Зачем же так радикально? Авторы новой теории считают, что всему виной – рак.
В здоровом многоклеточном организме царят гармония и социализм. Каждая клетка выполняет свою специализированную функцию, в результате чего поддерживается стабильный баланс. Но время от времени то здесь, то там появляются радикально настроенные клетки, которые выходят из-под контроля. И, пользуясь общими ресурсами, начинают безостановочно делиться, нарушая правила социума. Впрочем, чаще всего такие бунты подавляются нашей иммунной системой. Однако, иногда эти клетки приобретают мутации, которые позволяют им уходить из-под полицейского радара, и тогда организм становится бессилен. Так развивается опухоль, которая, в конце концов, уничтожает породивший ее организм.
К счастью, раком, по крайней мере, нельзя заразиться от другого человека. А вот тасманским дьяволам и собакам повезло меньше. У этих млекопитающих опухоль может передаваться от одного животного к другому через укусы. И если у собак это обычно не влечет за собой серьезных последствий, то у тасманских дьяволов такая раковая эпидемия всего за 20 лет привела к вымиранию 80% всей их популяции. Как же получилось, что у этих несчастных животных рак стал инфекционным заболеванием? По-видимому, одним из ключевых факторов стало то, что и тасманские дьяволы, и собаки имеют низкое генетическое разнообразие. Другими словами, если раковая опухоль приспособилась бороться с иммунной системой в одном животном, то, скорее всего, она ускользнет от закона и в любом другом.
ДА ЗДРАВСТВУЕТ НОВЫЙ ИММУНИТЕТ!
Получается, чтобы быть защищенными от передачи рака, животные должны обладать высоким генетическим разнообразием. А ведь именно это и дает нам секс. Благодаря половому размножению набор генов потомка отличается как от отцовского, так и от материнского. А значит, другой будет и иммунная система. В результате, даже если раковые клетки смогут попасть от родителя к ребенку, иммунная система последнего сможет отстоять позиции организма, и рак будет уничтожен.
С другой стороны, в результате бесполого размножения, организм обычно представляет собой генетическую копию родителя, а значит, и иммунная система в нем будет похожа. И действительно, эксперименты показывают, что у гидры в результате почкования потомку иногда передается раковая опухоль. При половом размножении таких случаев зарегистрировано не было.
Выходит, именно сексу мы обязаны тем, что рак не передается от поколения к поколению. «Но как же бделлоидные коловратки?» – попытаетесь выговорить вы. Не волнуйтесь: этим животным рак вообще не страшен. В результате эволюции у них выработалась поразительная устойчивость к канцерогенам: даже высокие дозы радиации коловраткам нипочем. А нет рака – нет и раковой инфекции. Вот такая вынужденная компенсация за отсутствие секса.
ИТОГО
Новая гипотеза ученых подтверждается многими косвенными данными. Действительно, ключевое преимущество полового размножения – это создание нового, уникального, генотипа. А вместе с ним – и новой иммунной системы, которая сможет дать отпор раковым клеткам, доставшимся ребенку от родителей. Возможно поэтому большинство многоклеточных животных, включая нас, и отказались от всех форм бесполого размножения, оставив себе только половое.
Конечно, в будущем эту теорию ещё следует подтвердить в прямых экспериментах. Но уже сейчас понятно, что секс – это не просто источник удовольствия, потомства и новых айфонов. Но и важный эволюционный механизм, который помог нашим предкам развиваться небывалыми темпами и достичь тех биологических высот, на которых мы пребываем уже долгие тысячи лет. Вы все еще почкуетесь? Тогда мы идем к вам!
ИСТОЧНИК KP.RU
Если Вы хотите, чтобы мы разместили Ваш уникальный материал на любую тему на нашем портале, присылайте тексты на почту news@novostibreaking.ru.
Подписывайтесь на наш Телеграм чтобы быть в курсе важных новостей.
